JP3176282U - Ｌｅｄ管灯電源装置およびｌｅｄ管灯照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のＬＥＤが配置されたＬＥＤ管灯を点灯させる電源装置に備えられる電解コンデンサの発熱作用を減らして寿命を延ばし、保証期間をより長くする。
【解決手段】電源装置１１の全波整流器２２は、交流単相１００Ｖの入力電圧を全波整流する。パワーＭＯＳＦＥＴ２８は、全波整流された前記電圧をスイッチングして、直並列に接続されている複数のＬＥＤ（１２−１−１〜１２−Ｎ−６）に印加する電圧を生成する。集積回路２９は、前記ＬＥＤに流れる電流を略一定にするように、パワーＭＯＳＦＥＴ２８のスイッチングを４０ｋＨｚから６０ｋＨｚの周波数で制御する。そのため、前記生成される電圧の出力部に備えられた電解コンデンサ２７は、充放電の間隔が短くなり、その端子間の電圧変動が小さくなって発熱作用が減る。
【選択図】図１

Description

本考案はＬＥＤ管灯電源装置およびＬＥＤ管灯照明器具に関し、特に、保証期間をより長くできる電源装置および照明器具に関する。

近年、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を用いた照明器具が用いられている。このような照明器具では、電源装置として、ＡＣ（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ）／ＤＣ（ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）コンバータが採用されている。ＡＣ／ＤＣコンバータでは、入力された交流電圧が整流回路および平滑回路を通して、直流電圧とされる。

従来、チョークコイルの２次巻線として働くコイルと、このコイルに直列に接続された整流用ダイオード及び平滑用コンデンサとを設け、整流用ダイオードと平滑用コンデンサとの共通接続点から抵抗を介してトランジスタのベースに結び、トランジスタのコレクタ及びエミッタをダイオード及び第１の直流出力端子にそれぞれ接続し、トランジスタのエミッタと第２の直流入力端子との間、すなわちパワー回路の出力部である第１及び第２の直流出力端子それぞれの間にもう一つのコンデンサを接続したものもある（例えば、特許文献１参照）。

特公平６−８１４９３号公報

しかし、直流出力端子それぞれの間に接続して使用される電解コンデンサの寿命が短いため、装置の保証期間は１年から３年程度となる。

本考案は、このような状況に鑑みてなされたものであり、保証期間をより長くできるようにするものである。

本考案の第１の側面は、複数のＬＥＤが配置されてなるＬＥＤ管灯を点灯させる電源装置であって、入力された交流電圧を全波整流する整流器と、整流器で全波整流された電圧をスイッチングして、ＬＥＤ管灯に印加する電圧を生成するパワー回路と、ＬＥＤ管灯に流れる電流を略一定にするように、パワー回路のスイッチングを４０ｋＨｚ以上６０ｋＨｚ以下の周波数で制御する制御回路とを備えるＬＥＤ管灯電源装置である。

前記制御回路を、集積回路で構成することができる。

前記パワー回路の出力部に接続された電解コンデンサを備えることができる。

本考案の第２の側面は、複数のＬＥＤが配置されてなるＬＥＤ管灯と、入力された交流電圧を全波整流する整流器と、整流器で全波整流された電圧をスイッチングして、ＬＥＤ管灯に印加する電圧を生成するパワー回路と、ＬＥＤ管灯に流れる電流を略一定にするように、パワー回路のスイッチングを４０ｋＨｚ以上６０ｋＨｚ以下の周波数で制御する制御回路とを備える照明器具である。

前記パワー回路の出力部に接続された電解コンデンサを備えることができる。

以上のように、本考案の第１の側面によれば、パワー回路の出力部に設けられる電解コンデンサの充放電の間隔が短くなりその端子間の電圧変動は小さくなるので、電解コンデンサの発熱作用が減ってその寿命が延び、保証期間をより長くできる。

本考案の第２の側面によれば、パワー回路の出力部に設けられる電解コンデンサの充放電の間隔が短くなりその端子間の電圧変動は小さくなるので、電解コンデンサの発熱作用が減ってその寿命が延び、保証期間をより長くできる。

照明器具の構成の例を示す回路図である。 集積回路２９の内部構成の例を示す回路図である。 電源装置１１の出力を説明する図である。

以下、本考案の一実施の形態の照明器具の例について、図１乃至図３を参照しながら説明する。

図１は、照明器具の構成を示す回路図である。照明器具は、電源装置１１およびＬＥＤ１２−１−１乃至１２−Ｎ（Ｎは２以上の正の整数である。）−６からなる。電源装置１１は、ＬＥＤ１２−１−１乃至１２−Ｎ−６を発光させるための電源であり、ＬＥＤ１２−１−１乃至１２−Ｎ−６に電圧を印加し、電流を供給する。ＬＥＤ１２−１−１乃至１２−Ｎ−６は、直並列に接続され、いわゆるＬＥＤ管灯を構成する。ＬＥＤ１２−１−１乃至１２−Ｎ−６は、電源装置１１から供給される電圧および電流により発光する。

電源装置１１は、ヒューズ２１、全波整流器２２、コンデンサ２３、サーミスタ２４、整流器２５、コイル２６、コンデンサ２７、パワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）２８、集積回路２９、抵抗器３０、抵抗器３１、コンデンサ３２、抵抗器３３、抵抗器３４、コンデンサ３５、および抵抗器３６を含み構成される。

ヒューズ２１は、いわゆる保護ヒューズであり、所定の値以上の電流が流れると溶断し、全波整流器２２乃至抵抗器３６を過電流による焼損から保護する。全波整流器２２は、単相ブリッジ整流回路を構成する４つの整流素子からなり、入力電圧である１００Ｖの単相の交流電圧を全波整流する。全波整流器２２の４つの端子のうちの２つの入力側の端子に、単相の交流電圧が入力されると、全波整流器２２は、交流電圧を全波整流し、全波整流器２２の４つの端子のうちの２つの出力側の端子から、負の電圧を正の電圧に反転させた脈流電圧（脈流の直流電圧）を出力する。

コンデンサ２３は、有極性の電解コンデンサなどからなり、全波整流器２２の出力側に並列に接続されている。例えば、コンデンサ２３の容量値は、２２μＦとされる。サーミスタ２４の内部抵抗値は、電流値の大きい異常電流が流れると自己発熱して大きくなり、電流が少なくなると冷えて小さくなり、これにより、サーミスタ２４は、大きな電流が流れることを抑制する。整流器２５は、ダイオードであり、パワーＭＯＳＦＥＴ２８がオフのとき、コンデンサ２７に電流を溜めるための整流を行う。コイル２６およびコンデンサ２７は、電圧に含まれるリップルをより少なくする。コンデンサ２７は、有極性の電解コンデンサなどからなる。例えば、コンデンサ２７の容量値は、３０μＦとされる。パワーＭＯＳＦＥＴ２８は、パワー回路の一例であり、集積回路２９に制御され、全波整流器２２で全波整流された電圧をスイッチングして、ＬＥＤ１２−１−１乃至１２−Ｎ−６からなるＬＥＤ管灯に印加する電圧を生成する。

集積回路２９は、パワーＭＯＳＦＥＴ２８のスイッチングを制御する。集積回路２９は、ＬＥＤ１２−１−１乃至１２−Ｎ−６からなるＬＥＤ管灯に流れる電流を略一定にするように、パワーＭＯＳＦＥＴ２８のスイッチングを４０ｋＨｚ以上６０ｋＨｚ以下の周波数、例えば５０ｋＨｚで制御する。

図２は、集積回路２９の内部構成の例を示す回路図である。集積回路２９は、整流回路５１、比較器５２、比較器５３、オアゲート５４、ＲＳラッチ回路５５、発振器５６、アンドゲート５７、および抵抗器５８を含み構成される。集積回路２９には、ＶＩＮピン、ＶＤＤピン、ＬＤピン、ＰＷＭ＿Ｄピン、ＲＯＳＣピン、ＧＡＴＥピン、ＣＳピン、およびＧＮＤピンが設けられる。ＶＩＮピンには、外部電圧が入力される。ＶＩＮピンは、整流回路５１の入力側に接続される。整流回路５１は、ＶＩＮピンから入力された外部電圧を整流して、７．５Ｖの電圧を発生させて、集積回路２９の内部に各部分に供給するとともに、ＶＤＤピンから外部に出力する。

ＬＤピンは、リニア調光制御入力用のピンである。ＬＤピンから入力された電圧は、比較器５３の反転入力端子に印加される。ＣＳピンから入力された電圧は、比較器５２および比較器５３の非反転入力端子に入力される。比較器５２の反転入力端子には、２５０ｍＶの電圧が印加される。比較器５２または比較器５３の出力は、非反転入力端子に入力される信号の大きさが反転入力端子に入力される信号の大きさ以上のとき、Ｈｉとなり、非反転入力端子に入力される信号の大きさが反転入力端子に入力される信号の大きさ未満のとき、Ｌｏとなる。比較器５２および比較器５３の出力のそれぞれは、オアゲート５４に入力される。オアゲート５４は、論理和の論理演算を行う。オアゲート５４の出力は、ＲＳラッチ回路５５のリセット入力端子に入力される。

ＲＯＳＣピンには、発振器５６の発振周波数を制御するための電圧が印加される。ＲＯＳＣピンから入力された電圧は、発振器５６に印加される。発振器５６は、印加された電圧に応じた所定の周波数で発振する。発振器５６の出力は、ＲＳラッチ回路５５のセット入力端子に入力される。ＲＳラッチ回路５５は、リセット入力端子にＨｉの信号が入力されたときリセットされ、セット入力端子にＨｉの信号が入力されたときセットされる、いわゆるフリップフロップである。

ＲＳラッチ回路５５の出力は、アンドゲート５７の一方の入力端子に入力される。ＰＷＭ＿Ｄピンから入力された電圧は、抵抗器５８によってグランドにプルダウンされて、アンドゲート５７の他方の入力端子に入力される。アンドゲート５７は、論理積の論理演算を行う。アンドゲート５７の出力は、ＧＡＴＥピンから出力される。ＧＮＤピンは、接地される。

図１に戻り、抵抗器３０および抵抗器３１は、パワーＭＯＳＦＥＴ２８がオンしたとき、自分の抵抗値と流れる電流値とにより、パワーＭＯＳＦＥＴ２８のソース電圧を上げる。コンデンサ３２には、集積回路２９内部で整流された７．５Ｖの電圧が印加される。例えば、抵抗器３０および抵抗器３１の抵抗値は、それぞれ、０．３３Ωとされる。また、例えば、コンデンサ３２の容量値は、０．１μＦとされる。

抵抗器３３、抵抗器３４、コンデンサ３５、および抵抗器３６は、集積回路２９がパワーＭＯＳＦＥＴ２８のスイッチングを制御する周波数を決める。例えば、抵抗器３３の抵抗値は、２０ＫΩとされ、抵抗器３４の抵抗値は、５ＫΩとされる。また、例えば、抵抗器３６の抵抗値は、１ＭΩとされる。抵抗器３３、抵抗器３４、コンデンサ３５、および抵抗器３６の抵抗値または容量値は、パワーＭＯＳＦＥＴ２８のスイッチング周波数が４０ｋＨｚ以上６０ｋＨｚ以下、例えば５０ｋＨｚとなるように選択される。

ヒューズ２１の一方の端子には、入力電圧である１００Ｖの交流電圧を入力するための一方の端子が接続される。ヒューズ２１の他方の端子には、全波整流器２２の入力側の一方の端子が接続される。全波整流器２２の入力側の他方の端子には、入力電圧である１００Ｖの交流電圧を入力するための他方の端子が接続される。

全波整流器２２の出力側の陽極側（プラス側）の端子は、サーミスタ２４の一方の端子とコンデンサ２３の陽極側の端子とに接続される。全波整流器２２の出力側の陰極側（マイナス側）の端子は、コンデンサ２３の陰極側の端子と、抵抗器３０、抵抗器３１、コンデンサ３２、抵抗器３４、コンデンサ３５、および抵抗器３６のそれぞれの一方の端子と、集積回路２９のＧＮＤピンとに接続される。

サーミスタ２４の他方の端子は、集積回路２９のＶＤＤピン、整流器２５の陽極の端子、コンデンサ２７の陽極側の端子、および電源装置１１の出力端子の陽極側に接続される。整流器２５の陰極の端子は、コイル２６の一方の端子とパワーＭＯＳＦＥＴ２８のドレインとに接続される。コイル２６の他方の端子は、コンデンサ２７の陰極側の端子および電源装置１１の出力端子の陰極側に接続される。

パワーＭＯＳＦＥＴ２８のソースは、抵抗器３０および抵抗器３１の他方の端子並びに集積回路２９のＣＳピンに接続される。パワーＭＯＳＦＥＴ２８のゲートは、集積回路２９のＧＡＴＥピンに接続される。コンデンサ３２の他方の端子は、集積回路２９のＶＤＤピンに接続される。

抵抗器３６の他方の端子は、集積回路２９のＲＯＳＣピンに接続される。抵抗器３４の他方の端子は、抵抗器３３の一方の端子と集積回路２９のＬＤピンに接続される。コンデンサ３５の他方の端子および抵抗器３３の他方の端子は、集積回路２９のＰＷＭ＿Ｄピンに接続される。

抵抗器３０および抵抗器３１は、パワーＭＯＳＦＥＴ２８がオンしたとき、自分の抵抗値と流れる電流値とにより、パワーＭＯＳＦＥＴ２８のソース電圧を上げる。パワーＭＯＳＦＥＴ２８のソース電圧が設定電圧に達すると、すなわちＣＳピンに所定の電圧が印加されると、ＲＳラッチ回路５５がリセットされるので、集積回路２９は、パワーＭＯＳＦＥＴ２８のゲートをオフすることで、パワーＭＯＳＦＥＴ２８をオフさせる。これにより、ＬＥＤ１２−１−１乃至１２−Ｎ−６に供給される電流が遮断される。このように、集積回路２９は、ＬＥＤ管灯に流れる電流を略一定にするように、パワーＭＯＳＦＥＴ２８を制御することができる。

その後、集積回路２９は、４０ｋＨｚから６０ｋＨｚの周波数、例えば５０ｋＨｚで発振する発振器５６によって、パワーＭＯＳＦＥＴ２８のゲートをオンすることで、パワーＭＯＳＦＥＴ２８をオンさせる。これにより、ＬＥＤ１２−１−１乃至１２−Ｎ−６に電流が流れる。このように、抵抗器３３、抵抗器３４、コンデンサ３５、および抵抗器３６のそれぞれの抵抗値および容量値によって定まる発振周波数で、集積回路２９は、パワーＭＯＳＦＥＴ２８のスイッチングを制御する。

以上のように、集積回路２９は、ＬＥＤ１２−１−１乃至１２−Ｎ−６から構成されるＬＥＤ管灯に流れる電流を略一定にするように、パワーＭＯＳＦＥＴ２８のスイッチングを４０ｋＨｚから６０ｋＨｚの周波数、例えば５０ｋＨｚで制御する。

ＬＥＤ１２−１−１乃至１２−Ｎ−６のそれぞれは、３つのＬＥＤが直列に接続されてなる。ＬＥＤ１２−１−１乃至１２−１−６は、直列に接続されている。同様に、ＬＥＤ１２−２−１乃至１２−（Ｎ−１）−６（図示せず）は、６つずつ直列に接続されている。ＬＥＤ１２−Ｎ−１乃至１２−Ｎ−６は、直列に接続されている。６つずつ直列に接続されているＬＥＤ１２−１−１乃至１２−Ｎ−６は、さらに並列に接続されている。

以下、ＬＥＤ１２−１−１乃至１２−Ｎ−６を個々に区別する必要がないとき、単にＬＥＤ１２と称する。

なお、所定の数のＬＥＤ１２を並列に接続し、さらに直列に接続するようにしてもよい。また、ＬＥＤ１２が直列に接続される数、または並列に接続される数は、任意とすることができる。

図３に示されるように、電源装置１１の全波整流器２２は、入力電圧である１００Ｖの単相の交流電圧を全波整流する。集積回路２９は、４０ｋＨｚから６０ｋＨｚ、例えば５０ｋＨｚの高周波で発振し、パワーＭＯＳＦＥＴ２８のスイッチングを制御する。パワーＭＯＳＦＥＴ２８は、全波整流器２２で全波整流された電圧を４０ｋＨｚから６０ｋＨｚの高周波、例えば５０ｋＨｚでスイッチングして、ＬＥＤ１２−１−１乃至１２−Ｎ−６から構成されるＬＥＤ管灯に印加する電圧を生成する。

なお、コンデンサ２３およびコンデンサ２７を省略することができる。コンデンサ２３およびコンデンサ２７を省略して、ＬＥＤ１２−１−１乃至１２−Ｎ−６に流れる電流にリップルが含まれたとしても、スイッチングの周波数が高いので、人間の視覚ではＬＥＤ１２−１−１乃至１２−Ｎ−６の点滅を感じ取ることはできない。コンデンサ２３およびコンデンサ２７を省略すると、ヒューズ２１、全波整流器２２、サーミスタ２４、整流器２５、コイル２６、パワーＭＯＳＦＥＴ２８、集積回路２９、抵抗器３０、抵抗器３１、コンデンサ３２、抵抗器３３、抵抗器３４、コンデンサ３５、および抵抗器３６の寿命は長いので、装置全体の寿命を５年以上とすることができ、保証期間をより長くできる。

このように、複数のＬＥＤが配置されてなるＬＥＤ管灯を点灯させる電源装置に、入力された交流電圧を全波整流する整流器と、整流器で全波整流された電圧をスイッチングして、ＬＥＤ管灯に印加する電圧を生成するパワー回路と、ＬＥＤ管灯に流れる電流を略一定にするように、パワー回路のスイッチングを４０ｋＨｚ以上６０ｋＨｚ以下の周波数で制御する制御回路とを設けるようにした場合には、パワー回路の出力部に設けられる電解コンデンサの充放電の間隔が短くなりその端子間の電圧変動が小さくなるので、電解コンデンサは発熱作用が減ってその寿命が延び、保証期間をより長くすることができる。この場合、制御回路を、集積回路で構成することができる。

また、照明器具に、複数のＬＥＤが配置されてなるＬＥＤ管灯と、入力された交流電圧を全波整流する整流器と、整流器で全波整流された電圧をスイッチングして、ＬＥＤ管灯に印加する電圧を生成するパワー回路と、ＬＥＤ管灯に流れる電流を略一定にするように、パワー回路のスイッチングを４０ｋＨｚ以上６０ｋＨｚ以下の周波数で制御する制御回路とを設けるようにした場合には、パワー回路の出力部に設けられる電解コンデンサの充放電の間隔が短くなりその端子間の電圧変動が小さくなるので、電解コンデンサは発熱作用が減ってその寿命が延び、保証期間をより長くすることができる。

なお、本考案の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本考案の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１１：電源装置
１２，１２−１−１〜１２−Ｎ−６：ＬＥＤ
２１：ヒューズ
２２：全波整流器
２３：コンデンサ
２４：サーミスタ
２５：整流器
２６：コイル
２７：コンデンサ
２８：パワーＭＯＳＦＥＴ
２９：集積回路
３０，３１：抵抗器
３２：コンデンサ
３３，３４：抵抗器
３５：コンデンサ
３６：抵抗器
５１：整流回路
５２，５３：比較器
５４：オアゲート
５５：ＲＳラッチ回路
５６：発振器
５７：アンドゲート
５８：抵抗器

Claims (5)

1. 複数のＬＥＤが配置されてなるＬＥＤ管灯を点灯させる電源装置において、
   入力された交流電圧を全波整流する整流器と、
   前記整流器で全波整流された電圧をスイッチングして、前記ＬＥＤ管灯に印加する電圧を生成するパワー回路と、
   前記パワー回路のスイッチングを４０ＫＨｚ以上６０ＫＨｚ以下の周波数で制御する制御回路と、を備えている、
   ことを特徴とするＬＥＤ管灯電源装置。
2. 前記制御回路は、集積回路からなる、
   ことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ管灯電源装置。
3. 前記パワー回路の出力部に接続された電解コンデンサを備えている、
   ことを特徴とする請求項１または２記載のＬＥＤ管灯電源装置。
4. 複数のＬＥＤが配置されてなるＬＥＤ管灯と、
   入力された交流電圧を全波整流する整流器と、
   前記整流器で全波整流された電圧をスイッチングして、前記ＬＥＤ管灯に印加する電圧を生成するパワー回路と、
   前記パワー回路のスイッチングを４０ＫＨｚ以上６０ＫＨｚ以下の周波数で制御する制御回路と、を備えている、
   ことを特徴とするＬＥＤ管灯照明器具。
5. 前記パワー回路の出力部に接続された電解コンデンサを備えている、
   ことを特徴とする請求項４記載のＬＥＤ管灯照明器具。

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